Министерство образования Российской Федерации

Томский государственный университет

Факультет инновационных технологий

“УТВЕРЖДАЮ”

Декан ФИТ

Профессор ______________ А.Н.Солдатов

“___ ” _____________ 2009 г.

ВВЕДЕНИЕ В ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Учебное пособие

Томск

2009

РАССМОТРЕНО и УТВЕРЖДЕНО методической комиссией факультета инновационных технологий

Председатель комиссии

__________________

Протокол ___ от “ ____” ____________ 2009 г.

Данное учебное пособие предназначено для поддержки курса по операционным системам, читаемого на ФИТ для специальности “Прикладная информатика”.

Составитель:

доц каф. информационного обеспечения инновационной деятельности М.Н.Головчинер

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 Понятие операционной системы 4

1.1 Назначение и состав системы обработки информации. Понятие виртуальной машины 4

1.2 Назначение и функции системных программ 5

1.3 Задачи, решаемые операционной системой 6

1.4 Операционная система как виртуальная машина 7

1.5 Операционная система как система управления ресурсами 8

1.6 Оценка деятельности операционной системы 9

1.7 Классификация операционных систем 9

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 10

2 Эволюция и режимы функционирования 10

2.1 Непосредственный доступ 10

2.2 Пакетный режим 10

2.2.1 Однопрограммный (последовательный) режим выполнения пакета 11

2.2.2 Многопрограммный режим. Классическое мультипрограммирование 11

2.3 Системы информационного обслуживания 12

2.4 Режим разделения времени 13

2.5 Режим реального времени 15

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 15

3 Общая архитектура 15

3.1 Ядро и вспомогательные модули 15

3.2 Ядро в привилегированном режиме 17

3.3 Многослойная структура операционной системы 19

3.4 Функциональные компоненты операционной системы 22

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 23

4 Управление процессами 23

4.1 Понятия «процесс» и «поток» 23

4.2 Создание процессов и потоков 25

4.3 Защита ресурсов 26

4.4 Планирование и диспетчеризация потоков 26

4.5 Состояния потока 28

4.6 Мультипрограммирование на основе прерываний 29

4.6.1 Назначение, типы и обработка прерываний 29

4.6.2 Программные прерывания 32

4.6.3 Обработка системных вызовов 33

4.7 Синхронизация процессов и потоков 35

4.7.1 Цели и средства синхронизации 35

4.7.2 Необходимость синхронизации и гонки 36

4.7.3 Критическая секция 37

4.7.4 Блокирующие переменные 39

4.7.5 Семафоры 40

4.7.6 Тупики 42

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 44

5 Управление памятью 44

5.1 Функции ОС по управлению памятью 44

5.2 Типы адресов 45

5.3 Свопинг и виртуальная память 48

5.4 Страничное распределение 50

5.5 Сегментное распределение 56

5.6 Сегментно-страничное распределение 60

5.7 Разделяемые сегменты памяти 64

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 65

6 Ввод-вывод и файловая система 65

6.1 Управление файлами и внешними устройствами 65

6.2 Задачи ОС по управлению файлами и устройствами 66

6.3 Многослойная модель подсистемы ввода - вывода. Общая схема 70

6.4 Логическая организация файловой системы 73

6.4.1 Цели и задачи файловой системы 73

6.4.2 Типы файлов 74

6.4.3 Иерархическая структура файловой системы 75

6.4.4 Имена файлов 76

6.4.5 Атрибуты файлов 77

6.4.6 Логическая организация файла 78

6.5 Физическая организация файловой системы 80

6.5.1 Диски, разделы, секторы, кластеры 81

6.5.2 Физическая организация и адресация файла 83

6.5.3 Физическая организация FАТ 86

6.6 Файловые операции 89

6.6.1 Два способа организации файловых операций 89

6.6.2 Открытие файла 90

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 92

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. КЭШИРОВАНИЕ ДАННЫХ 94

Назначение кэш-памяти 94

Иерархия запоминающих устройств 95

Принцип действия кэш-памяти 95

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ФИЗИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ NTFS 98

Структура тома NTFS 98

Структура файлов NTFS 100

Каталоги NTFS 102

ЛИТЕРАТУРА 106